操作系统-课本浓缩

1、提高系统效率。（本质上,SPOOL是把磁盘作为一个巨大的缓冲设备与主存储器之间的信息传送。操作员（人）应用软件支援软件系 统 软 件编译软件操作系统硬件系统软件系统第一章 引言第一节、什么是操作系统一、计算机系统：是按用户的要求接收和存储信息、 自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。计算机系统资源分两大类：硬件资源和软件资源。硬件系统是计算机赖以工作的实体；由中央处理器、主存储器、辅助存储器（磁盘、磁带等）以及各种输入输 出设备（键盘、显示器、打印机等）组成；软件系统保证计算机系统按用户指定的要求协调地工作二、操作系统（OS）:是一种管理计算机系统资源、控 制程序执行、改善人机界面和为其他软件提供陶匏软件。A:操作系统是一种资源管理程序；。B：操作系统也是一种控制其他程序执行的控制程序。操作系统的设计目标：A:使计算机系统使用方便；B：使计算机系统能高效地工作。第二节、操作系统的形成操作系统的形成和发展与计算机体系的软、硬件技术 的发展密切相关。SPOOL（ING）:的处理形式，不仅方便操作员，而且器。）SPOOL（ING）又称 斯普林，

2、是 simultaneous peripheral operation on line的缩写。最先投入使用的操作系统是 批处理操作系统，它提高 了在单位时间内的算题量。第三节：操作系统的类型分类:批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系 冤网络操作系统、分布式操作系统、多机操作系统和嵌 入式操作系统。其中前三种是基本的操作系统。1、批处理操作系统可分为：批处理单道系统和批处理多道系统。2、分时操作系主要特点：同时性、独立性、及时性、交互性。3、什么是前台作业，什么是后台作业，为什么前台作业要及时响应？ 答：在批处理兼分时的系统中，往往把由分时系统控制的作业称前台作业，而批处理系统控制的作业称后台作业。 所以用户以交互方式调试好 的程序转向批处理自动控制执行的过程，实际上是把前台作业转换成后台作业 的过程。在这样的系统中，对前台作业应该及时相应，使用户满意；对后台作 业可按照一定的原则进行组合，以提高系统的效率。第二章计算机系统结构第一节计算机系统的结构一、现代的通用计算机系统是由硬件和软件组成的一 种层次结构，最内层是硬件系统，最外层是使用计算机系 统的人，人与硬件系统之间的软件系统，

3、如下图所示：操作系统功能:实现资源的管理和控制程序的执行；编译系统功能：把高级语言（如PASCAL语言、C语言、C+语言等）所写的源程序翻译成计算机可执行 的由机器语言（指令）表示的目标程序；支援软件:是可支持其他软件的开发和维护的软件， 如：各种接口软件、软件开发工具；应用软件:是按某种特定的需要而编写的专用程序.硬件系统:由中央处理器、主存储器、输入输出控制 系统以及各种外围设备组成。（中央处理器是对信息进行高速运算和控制处理的部件；主存储器用于存放各种程序和数据，它可被中央处理器直接访问；输入输出控制系统控制和管理外围设备与主存储器之间的信息传送。）二、操作系统的运行方式任何一个计算机系统都有一个“引导程序”（或初启 程序），当计算机开启时，自动执行引导程序。引导程序 首先进行系统初始化的工作，然后把操作系统中的核心装 入主存储器。此后操作系统便等待用户请求（事件）的发 生，当有某个事件出现，硬件便能识别并能发生一个中断， 从而通过操作系统，由它的服务程序去处理，处理结束后， 又等待下一个事件发生。第二节、硬件环境一、输入输出结构CUP与外设的并行工作在计算机系统中，输入/输出控

4、制系统负责完成外围利用硬件的中央处理器与外围设备的并行工作能力， 各外围设备之间的并行工作能力，操作系统可以让多个程 序同时执行，在同一时刻各个程序各自使用计算机系统的 不同资源。外围设备是由中央处理器根据程序的要求而启动的， 故当外围设备工作结束后，应反馈该设备的工作情况，这 项工作通过中断完成。二、存储体系（存储结构）计算机系统中既有操作系统程序，又有用户程序，在什么情况下操作系统程序才能占用中央处理器？答：一个计算机系统，尤其是采用多道程序设计技术的计算机系统，不 仅有操作系统和其他的软件，而且还有若干应用程序。这些程序只有占用处理 器执行时才能履行自己的职责。而中央处理器在任何时刻最多只能被一个程序 占用。计算机系统的引导程序进行系统初始化后，把操作系统的核心程序装入主存储器。如果没有用户请求操作系统服务， 操作系统就处于等待状态。 当某 个时间出现，操作系统的服务程序就要处理它（让用户程序执行） ，处理结束 后，又等待下一个事件的发生 。中断是计算机系统结构的一个重要部分， 中央处理器每执行完一条指令 后，均由中断装置判别是否有事件发生。 若无事件发生，中央处理器继续执行 指

5、令；若有事件发生，中断装置原来占用中央处理器的程序执行，而操作系统的处理事件服务程序占用中央处理器， 对出现的事件进行处理，系操作系统对 事件处理完成后，再让原来的程序继续占用中央处理器。寄存器是处理器的组成部分，用来存放处理器的工作 信息。一般来说，寄存器可分成如下几类：（1） 通用寄存器；（2） 指令寄存器（3） 控制寄存器主存储器是中央处理器能直接访问的唯一的存储空 间，因而任何程序和数据必须被装入主存储器之后中央处 理器才能对它们进行操作。 主存储器以“字节”为单位进 行编址，若干字节组成一个“字” o中央处理器可以按地 址读出主存储器中的一个字节或一个字的内容。为了减少对主存储器的访问时间，加快程序的执行速度，现代计算机系统往往配置一个高速缓冲存储器cache.辅助存储器解决了主存储器的容量不足,以及主存储无法永久保存信息的问题。辅助存储器的优点是容量大且 能永久保存信息，缺点是无法被中央处理器直接访问，必须通过主存储器才能访问。三、硬件保护（特权指令、管态和目态、存储保护 ）在资源共享的计算机系统中，只有具备了必要的保护 措施，才能使个别的错误不致影响其他程序。 硬件的部分

6、 保护措施有以下几种：1、特权指令:硬件把“启动I/O ”等一类可能影响 操作系统安全的指令定义为特权指令。为什么要把“启动I/O ”等指令定义为特权指令？答：一个程序可以在其他程序等待外围设备传送信息时占用处理器执行，在执行中如果它也使用“启动 I/O ”指令去启动一台正在工作的外围设备，那 么就会造成冲突。为了保证 I/O （输入/输出）的完整性，硬件把“启动I/O ” 等一类可能影响系统安全的指令定义为特权指令。特权指令只允许操作系统程序使用，用户程序不能使用特权指令。外围设备的启动工作由操作系统统一管 理，这样不仅可以安全地使用外围设备， 正确地传送信息，而且可以减少用户 为启动外围设备而必须了解外围设备特性及组织启动等工作，大大方便了用户2、管态和目态:我们要求用户程序不使用特权指令，但万一用户程序中出现了特权指令又怎么办？为保证正确的操作，中央处理器有两种工作状态：管态和目态。处理器为什么要区分“管态”和“目态”两种操作模式？答:当中央处理器处于 管态时可执行包括特权指令在内的一切机器指 士 当中央处理器处于 目态时不允许执行特权指令。所以，操作系统程序占用中央处理器时，

7、应让中央处理器在管态下工作， 而用户程序占用中央处理器时，应让中央处理器处于目态下工作。当系统启动时，硬件置中央处理器的初始状态为管态，然后装入操作系统程序。如果操作系统选择了用户程序占用处理器，则把管态转换成目态。 如果中断装置发现了一个事件， 则又将其置为管态，让操作系统去处理出现的时 间。所以，总能保证操作系统在管态工作，操作系统退出执行时，让用户程序 在目态执行。3、存储保护：硬件设置两个寄存器：一个称为“基 址寄存器”，另一个称为“限长寄存器”，不允许用户随意 修改基址寄存器和限长寄存器的值，只有操作系统才有权改变它们的值。硬件把修改这两个寄存器值的指令也定义 为特权指令，只能在管态时执行。操作系统与硬件是如何配合来实现存储保护的？答：主存储器往往同时装入了操作系统程序和若干用户程序，为了保证正确操作，必须对主存储器区域进行存储保护。 存储保护随着主存储器管理方 式的不同，实现保护的方法也有所不同， 一般是操作系与硬件配合来实现存储 保护。每个程序在主存中占一个连续的存储空间，硬件设置两个寄存器：一个称为“基址寄存器”，另一个称为“限长寄存器，用来限定用户程序执行时可 以访问

8、的主存空间的范围。 当操作系选中某个用户程序中用处理器时，把该用户程序占用的主存空间的起始地址存入基址寄存器，把占用的主存空间的长度存入限长寄存器。中央处理器在目态下执行程序时，对每一个访问主存的地址 都要进行核对，若关系式基址寄存器值访问地址基址寄存器值限长寄存器值成立，则允许访问，否则不允许访问。这样就保护了该区域之外的存储信息不 受到破坏，一旦程序执行中出错也不会干涉及其他程序。第三节、操作系统的结构一、结构设计目标应从哪方面考虑操作系统的结构设计？答：操作系统是一种程序量大且接口复杂的系统软件。设计一个操作系统要投入大量的人力和花费较长的时间。 因而，如何保证操作系托能正确、 高 效地工作至关重要，由于程序的结构是影响程序质量的内在因素， 因此，有必 要对操作系统的结构进行研究。（为什么要研究操作系统的结构？）操作系统的结构设计应追求一下目标：正确性:一个结构良好的操作系统不仅能保证正确性而且易于验证且正确性；高效性：核心程序是影响计算机系统效率的关键所在，应遵循少而精的原则，使处理及有效又灵活； 可维护性：操作系统要容易维护； 可移植性：在结 构设计时，尽量减少与硬件直接有关

9、的程序量并将其独立封装。二、层次结构操作系统结构的设计方法有：无序模块法、内核扩 充法、层次结构及管程设计法等。 它们的目标都是要保证 操作系统工作的可靠性。这里只介绍层次结构法。1、层次结构法的最大特点是：把整体问题局部化。2、层次结构的主要困难在于层次的划分和安排， 由于每一层只能利用位于它内层提供的功能，而且需要仔细地规划每一层的功能，以保证操作系统工作过程中不出 现双向依赖关系，如果存在双向关系，则很可能出现无休 止的循环，使系统瘫痪。操作系统采用层次结构有什么优点？答：层次结构法的最大特点是把整体问题局部化。一个大型复杂的操作 系统被分解成若干个单向依赖的层次，由个层次的正确性来保证整个操作系统 的正确性。采用层次结构，能使结构清晰、便于调试，有利于功能的增加、删除和 修改，正确性容易得到保证，也提高了系统的可维护性和可移植性。3、UNIX系统的机构UNIX的层次结构有什么特点？答：从结构法上看，UNIX可分成核核层和外壳层两部分。内核层是UNIX 操作系统的核心。它具有存储管理、文件管理、设备管理、进程管理等功能， 以及为外壳层提供服务的系统调用。外壳层为用户提供各种操作命令和程序设 计环境。外壳层由shell解释程序、支持程序设计的各种语言，编译程序、解 释程序、实用程序和系统库等组成。其壳层的其他程序都是在执行命令时根据命令的要求而被启动的； UNIX的内核程序用C语言和汇编语言编写。Shell ： UNIX提供的操作控制命令称为 shell命令。第四节、用户与操作系统的接口操作系统为用户提供两类使用接口 ： 一类是操作员级 的，供用户提出如何控制作业执行的要求； 另一类

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